人体呼吸丙酮检测仪分体分离通道设计和研制.doc

摘要:目前，糖尿病患者的标准检测方法是通过抽血检测患者血糖浓度，但诊断过程中给患者带来一定的痛苦和交叉感染的风险，无创诊断糖尿病是如今医学研究的新方向。研究发现，糖尿病患者的呼吸气体中携带的丙酮含量会比健康人更浓，呼吸丙酮是糖尿病潜在的生物标志物。本次课题拟采用气相色谱技术结合分时选择开关设计一种能分离二氧化碳、呼吸丙酮和乙醇这三种气体的气体分离通道，采用半导体气体传感器对人体呼吸丙酮进行检测，实现对糖尿病患者的精准无创检测。

人体呼吸丙酮检测仪基于气相色谱技术和3D打印工艺设计了一种蛇形气相色谱分离通道，通过气相色谱的塔板理论、速率理论和管道设计通用公式确定气体分离通道的长度为1.5米、内径为2毫米。测试结果表明，该分离通道对二氧化碳、呼吸丙酮和乙醇三种呼吸气体的分离时间分别为第26秒、第162秒和第324秒，实现了三种呼吸气体的精确分离，分离后的气体利用半导体气体传感器进行定量的检测，检测精度为99.7%。研究结果表明，基于气相色谱原理的人体呼吸丙酮检测仪能够实现二氧化碳、呼吸丙酮和乙醇等呼吸气体的精准分离和定量检测。 

关键词：糖尿病；呼吸丙酮；气相色谱；计算流体动力学；微流通道

目录

摘要

Abstract

1 前言-1

1.1 选题的背景和意义-1

1.2 气相色谱技术国内外发展现状-2

1.3分时开关-3

1.4 本文的主要研究内容-3

2人体呼吸丙酮检测仪分离通道的结构设计-4

2.1人体呼吸丙酮检测仪分离通道的结构-4

2.2 气相色谱法-4

2.2.1 气相色谱技术-4

2.2.2 气相色谱相关术语-5

2.2.3 色谱柱性能参数-6

2.2.4 气相色谱分离基本关系-6

2.3气体管道参数计算-7

2.3.1管内气体在标准状态下的流速计算-7

2.3.2关于气体在实际状态下的流速计算-7

2.3.3关于管内气体单位阻力损失的计算-7

2.3.4管径的确定-8

2.4 数值模拟的方法研究-8

2.4.1 CFD简介-9

2.4.2 COMSOL Multiphysics软件介绍-9

2.4.3气体相的数值模拟计算方法研究-10

2.5气体分离通道的数值模拟-12

2.5.1 计算模型与方法-12

2.5.2 网格划分-12

2.6仿真结果-13

3 3D制作-14

3.1 Rhino软件介绍-14

3.2 3D建模-14

4 测试结果与分析-16

4.1实验分离结果-16

4.2呼吸丙酮定量检测结果分析-18

结    论-20

参 考 文 献-21

致    谢-23